巖溶富水隧道加寬段突水滑塌治理方案研究

作者簡介：

黃志歡（1986—），高級工程師，主要從事高速公路建設工程管理、質量管理工作。

文章結合上降隧道右幅2號緊急停車帶突水治理，分析產生突水的原因，并根據突水處埋深、突水最大流量及地下水位等數據，遵循“安全、耐久、經濟、節能、利于環保”的原則，進行方案技術、經濟綜合分析，確定采用加長至6 m的雙層雙液漿小導管超前預加固技術，對突水滑塌治理效果明顯，既提供支護成拱，又起到止水作用，同時及時改變開挖支護工藝，大大提高了加寬段圍巖的穩定性。該項技術具有效率高、成本低、效果好等優點，為巖體破碎、松散的凝灰熔巖隧道預加固提供了一種快速有效且經濟合理的施工方法，可為同類地質條件下的大斷面尺寸隧道預注漿支護與止水提供借鑒。

凝灰熔巖；加寬段；緊急停車帶；突水滑塌；大斷面尺寸

中圖分類號：U457+.2 "A 39 122 3

0 引言

隨著我國西部大開發戰略的持續快速推進，高速公路建設已經取得重大突破［1］。然而高速公路建設中隧道占比較大，且施工地質相對復雜，施工過程中遇到突水滑塌地質災害問題日趨突出，安全方面面臨著較為嚴峻的挑戰。為保證大斷面隧道施工安全，順利通過巖溶富水地層，加強對巖溶富水隧道加寬段突水滑塌治理方案研究具有重要的工程應用價值。對此，本文以上降隧道右幅2號緊急停車帶突水治理為例，對其治理方案進行研究。

1 工程概況

1.1 地形地貌概況［2］

上降隧道位于廣西壯族自治區崇左市龍州縣上降鄉境內，左右線均為Ⅳ、Ⅴ級圍巖，左線全長1 858 m，右線全長1 854 m。采用小凈距+分離式隧道，洞內凈寬10.75 m，加寬段寬13.75 m，最大埋深約164 m。隧址區屬溶蝕-侵蝕中低山丘陵地貌，海拔高程一般為294～520 m，相對高差約為226 m。隧道進出口均為斜坡地形，山體相對平緩，局部較陡，自然坡度為10°～30°。隧址區山脈大致呈北東-南西走向，洞身段水塘較多。上覆地層為第四系殘坡積黏土、殘坡積紅黏土，僅在隧道進出口出露。下伏基巖為三疊系下統凝灰熔巖、三疊系下統中風化灰巖。隧址區共發育3條斷裂。

1.2 水文地質概況

上降隧道主要出露三疊系下統灰巖和三疊系下統火山巖。含碳酸鹽巖裂隙溶洞水，枯季泉流量1～5 L/s，水量中等；塊狀基巖裂隙水，一般泉流量＜1 L/s，枯季徑流模數為2.4 L/s·km2，水量貧乏。場地宏觀地貌屬丘陵洼地，隧道附近峰頂標高為366.7～526.7 m，隧道標高為292.60～324.70 m，洞身段穿越三疊系下統火山巖，巖體破碎，圍巖穩定性較差，導水性較好，隧道掘進存在突水、突泥的可能。山體內植被茂盛，溪溝、山塘發育，村民筑壩用作養殖。東西向區域分水嶺經過隧道南西側山體。分水嶺北側地表水一部分由南向北流經隧道進口處扣浮屯，于屯北山腳伏流入口潛入地下，最終匯入平而河；另一部分地表水向北西補給那媽水庫。龍州—友誼關壓扭性斷層穿過隧道中部，破碎帶寬度約為50 m，對圍巖穩定性影響較大。隧道開挖后揭穿基巖裂隙水含水層，大氣降水及地表水體沿導水裂隙、斷層破碎帶及巖性接觸帶涌入隧道，斷層破碎帶附近可能存在突水、突泥情況。同時，隧道疏干排水對地表水體造成一定程度的疏干和水位下降現象。隧道施工在枯季遇到突水、突泥可能性很小-中等，預測雨季或持續大雨中遇到較大的集中水流的可能性大，預測集中淋水點位于上降隧道K274+480～K274+560段，危害程度大，危險性大。根據降水入滲法，該隧道估算最大涌水量約為50 000 m3/d。

2 突水現象及原因分析

2.1 突水現象描述［3］

2021-11-21上午，上降隧道右幅憑祥端掌子面挖至K274+925處［4］時，拱頂右側2 m處出現嚴重滲水現象伴隨小坍塌，隨后持續滑塌，形成空腔，塌腔位置位于加寬段位置，屬于隧道大斷面處，如不及時處理，對施工安全極為不利。出水呈淋雨狀，水質清澈。目前隧道已掘進653 m，加寬段已開挖18 m，突水坍塌處高程為+322 m，該處隧道埋深約為100 m。據現場初步試驗計算，塌腔直徑約為3 m，突水流量約為36 m3/h［4］。

2.2 突水成因分析

原設計掌子面圍巖由三疊系下統中風化凝灰熔巖組成，巖質較硬，巖體較破碎，裂隙較發育。隧道開挖后處理不當可能會導致拱頂巖石松動，且側壁自穩能力較差，支護不及時可能會導致坍塌。地下水出水狀態以點滴狀為主，雨季局部可能呈淋雨狀。根據現場調查和查閱地質資料，分析產生突水的原因為：裂隙水與地表水滲透通道被打穿（該處地下水位距離仰拱底面約39 m）。

3 突水治理方案與效果

3.1 當前掌子面及掌子面前方圍巖情況

上降隧道右洞出口掌子面里程樁號為YK274+925，掌子面揭露為凝灰熔巖，巖體呈破碎、松散狀，掌子面中部至左側出現滲水情況，圍巖自穩性較差。通過超前地質預報得出YK274+925～YK274+922段圍巖為巖體破碎、松散的凝灰熔巖，構造節理裂隙發育，在YK274+922～YK274+895段圍巖呈較松散、破碎狀，構造節理裂隙發育，深度在4～15 m范圍內為主要異常區域。推測在該段圍巖內存在較大的構造裂隙發育，巖體呈較松散、破碎狀，裂隙內或填充破碎狀的凝灰熔巖，掌子面前方圍巖自穩性較差，如果處理不及時或處理不當，容易引發坍塌。

3.2 突水治理方案

突水發生后，暫停洞內施工，疏散人員及機械設備，對地表進行觀測，觀察魚塘水位變化情況、溪流流水變化及地表是否有開裂。對掌子面進行反壓回填，并預留排水管，加密監控量點，每天監測兩次，且對仰拱底進行探溶以制定仰拱施工方案。根據監控量測及超前地質預報等數據，綜合考慮施工安全及質量，提出方案1，即在洞內施作套拱，拱頂120°范圍采用長度為20 m的108 mm×6 mm大管棚作為超前支護，注水泥漿液，環向間距為40 cm。該方案能有效保證現場安全，但洞內施工套拱空間狹小，且施作管棚花費時間久，周期長，造價成本高，不利于工期及投資控制。

3.2.1 突水治理方案優化

對方案1進行深入研究，從施工參數、安全耐久、經濟合理性以及施工難易程度等方面判斷施工方案的合理性和適用性。在此基礎上對方案1存在的弊端進行細部優化設計，提出方案2，采用加長至6 m的雙層雙液漿小導管超前預加固技術，即超前采用50 mm×5 mm的雙層小導管，注雙液漿［5］，排距為2 m，單根長6 m，以15°和30°外插角打入圍巖，作為塌方部位的支撐體系，如圖1所示。同時，將隧道加寬段改用預留核心土環形開挖法開挖，安全步距按Ⅴ圍巖要求進行控制；每循環進尺控制為1榀鋼架間距，下臺階開挖每循環進尺控制為2榀鋼架間距；核心土面積應大于斷面面積的1/2。待拱部的雙層小導管完成支護后，方允許開挖上臺階環形導坑。核心土控制長度為3～5 m，寬度控制在隧道開挖寬度的1/3～1/2。K274+925～K274+912段采用Ⅰ20 b工字鋼支護，縱向間距為0.5 m，雙層鋼筋網片。徑向錨桿采用4.5 m長42 mm小導管，注雙液漿。加強初支工字鋼鎖腳［6］，在每榀工字鋼左右側拱腰處分別增設2根42 mm小導管鎖腳。每榀工字鋼處埋設1根160 mm波紋管［7］，縱向間距為0.5 m，接至中心排水溝。最后對拱部空腔采用C25混凝土分層泵送回填。如圖2所示。

3.2.2 突水治理方案比選

兩個方案在車道加寬處掌子面開挖方式相同，初期支護形式相同，超前支護范圍和長度也一樣，都預留注漿管道對拱頂塌體進行混凝土回填，故只需要進行超前支護形式的比較；方案1采用108 mm×6 mm大管棚作為超前支護；方案2采用加長至6 m的雙層雙液漿小導管超前預加固技術。此外，采用方案1需在洞內施作套拱，施工難度大，周期長，不利于工期控制。方案2采用加長至6 m的雙層雙液漿小導管超前預加固技術，利用已施工的拱架作為支撐，可以更好地解決方案1存在的問題。詳見表1。

為兼顧施工周期和造價，最大限度地滿足項目安全性和耐久性，降低施工難度，通過方案優化與比選，選定方案2作為最終處置方案。

3.3 突水治理效果

采用加長至6 m的雙層雙液漿小導管超前預加固技術，在滿足安全性和耐久性的前提下，大大降低了施工難度，節約了施工成本，縮短了施工周期。通過使用雙層雙液漿小導管超前預加固技術與改變開挖工法和支護參數相結合，預留160 mm波紋管的施工方法，同時解決了穩固拱頂以及疏導水流的問題，有效避免了掌子面拱頂二次坍塌及突然涌水的風險，大大提高圍巖穩定性，并確保了施工的順利進行。

4 結語

在對上降隧道右幅2號緊急停車帶突水滑塌現象的治理中，采用加長至6 m的雙層雙液漿小導管超前預加固技術對突水滑塌治理效果明顯，既提供支護成拱，還起到止水作用，并及時改變開挖支護工藝，大大提高了加寬段圍巖的穩定性。結合初支拱背安裝排水管輔助排水，施工后的初支面無滲水現象，圍巖突水滑塌問題處治基本成功。與全斷面預注漿、超前大管棚等施工方法相比，該技術具有效率高、成本低、效果好等優點，為巖體破碎、松散的凝灰熔巖隧道預加固提供了一種快速有效且經濟合理的施工方法，今后同類地質條件下的大斷面尺寸隧道預注漿支護與止水可借鑒此種施工方法。

參考文獻

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［5］徐 濤.晴隆隧道涌水治理方法［J］.交通科技，2007（4）：42-43.

［6］JTG/T3660-2020，公路隧道施工技術規范［S］.

［7］蔡德志.朱家巖隧道涌水處理施工技術［J］.黑龍江科技信息，2009（27）：289.

收稿日期：2022-10-20